天线理论 - 螺旋

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螺旋天线是线天线的一个示例，其本身形成螺旋形状。这是宽带 VHF 和 UHF 天线。

频率范围

螺旋天线的工作频率范围约为30MHz至3GHz。该天线可在VHF和UHF范围内工作。

螺旋天线的构造和工作

螺旋天线或螺旋天线是将导线缠绕成螺旋状并通过馈线连接到接地板的天线。它是最简单的天线，提供圆极化波。它用于涉及卫星中继等的地外通信。

上图显示了用于卫星通信的螺旋天线系统。这些天线需要更广阔的室外空间。

它由螺旋状的粗铜线或缠绕成螺纹形状的管子组成，用作天线，并与称为接地板的扁平金属板结合使用。螺旋线的一端连接到电缆的中心导体，外导体连接到接地板。

上面显示了螺旋天线的图像，详细说明了天线部件。

螺旋天线的辐射取决于螺旋线的直径、匝距和螺距角。

螺距角是与螺旋线相切的线与与螺旋轴垂直的平面之间的角度。

$$\alpha = \tan^{-1}(\frac{S}{\pi D})$$

在哪里，

• D是螺旋线的直径。

• S是匝间距（中心到中心）。

• α是俯仰角。

运作模式

螺旋天线的主要工作模式是 -

• 正常或垂直辐射模式。

• 轴向或端射或光束辐射模式。

让我们详细讨论它们。

正常模式

在正常辐射模式下，辐射场垂直于螺旋轴。辐射波是圆偏振的。如果螺旋的尺寸与波长相比较小，则可以获得这种辐射模式。这种螺旋天线的辐射方向图是短偶极子和环形天线的组合。

上图显示了螺旋天线法向模式辐射的辐射方向图。

它取决于螺旋直径D及其匝间距S的值。这种工作模式的缺点是辐射效率低且带宽窄。因此，它很少被使用。

轴向模式

在轴向辐射模式中，辐射沿螺旋轴在端射方向上，并且波是圆偏振或近圆偏振的。这种操作模式是通过将周长提高到一个波长(λ)的数量级和大约λ/4的间距来获得的。辐射方向图是宽阔的，并且沿着轴向波束定向，以斜角产生小波瓣。

该图显示了螺旋天线中轴向辐射模式的辐射方向图。

如果该天线设计用于右旋圆极化波，则它将不会接收左旋圆极化波，反之亦然。这种操作方式生成起来很容易，也比较实用。

优点

以下是螺旋天线的优点 -

• 简单的设计
• 最高指向性
• 更宽的带宽
• 可实现圆偏振
• 也可用于 HF 和 VHF 频段

缺点

以下是螺旋天线的缺点 -

• 天线更大，需要更多空间
• 效率随着匝数的增加而降低

应用领域

以下是螺旋天线的应用 -

• 使用单个螺旋天线或其阵列来发射和接收 VHF 信号

• 经常用于卫星和太空探测器通信

• 用于与地球站的弹道导弹和卫星的遥测链接

• 用于建立月球和地球之间的通信

• 在射电天文学中的应用